Babbage

Charles Babbage nació el 26 de diciembre de 1791 en Walworth Surrey, en las afueras de Londres, a unos pocos metros de la casa donde tres meses antes nació Michael Faraday. Fue un matemático británico y científico de la computación. Desde muy pequeño mostró interés por entender el funcionamiento de las cosas, pero sobretodo, por las matemáticas.

Hijo de Benjamin Babbage, banquero londinense, aprendió matemáticas de forma autodidacta leyendo cualquier libro que caía en sus manos, y además, recibió formación de varias escuelas y profesores de élite durante el transcurso de su educación primaria. Era un niño débil y enfermizo, lo cual ocasionó que sobre los ocho años padeciera una severa fiebre y sus padres, temiendo por su vida, decidieron enviarlo al campo por un tiempo para que se recuperara. Lo enviaron a Teignmouth, Devonshire, lo que ha ocasionado confusiones sobre su lugar de nacimiento.

Babbage también se interesó desde joven por lo sobrenatural. Su pasión por lo oculto parece ser una afición motivada únicamente por su enorme imaginación. A pesar de sus constantes decepciones en lo referente a este tema, su interés por lo esotérico no disminuyó, y se dice que durante sus años en la Universidad, formó un club de aficionados a los fantasmas, para recolectar información sobre los fenómenos sobrenaturales.

Llegó a la Universidad de Cambridge en 1810 con una enorme cultura, sobretodo en el ámbito de las matemáticas. Quedó bastante decepcionado al descubrir que las matemáticas de Newton (que había muerto 200 años antes) seguían vigentes en Cambridge, sin mayor evolución, e ignorando todos los avances que se habían dado en América y en algunas partes aisladas de Europa.

Babbage se convenció de que sus conocimientos de matemáticas eran superiores a los de sus maestros, así que junto con John Herschel, hijo de William Herschel (descubridor de Urano) y George Peacock entre otros, formaron la Sociedad Analítica para promover las matemáticas al estilo continental como el primer paso para la revolución tecnológica. . Posteriormente, Babbage se llegaría a convertir en un defensor influyente de la aplicación sistemática de la ciencia a la industria y el comercio. La Sociedad Analítica entró en conflicto con los matemáticos newtonianos de Cambridge.

Vida personal 

Durante su estancia en Cambridge, Charles Babbage conoció a la que se convertiría en su futura esposa, Georgiana Whitmore. Se casaron el 25 de julio de 1814 en St. Michael’s Church, (en Teignmouth, Devon), el mismo año en que Babbage se graduó en la universidad. Tuvieron 8 hijos, de los cuales tan solo 3 llegaron a ser adultos. 

En 1827, el padre, la esposa y dos de los hijos de Babbage, murieron. Esto ocasionó que Babbage dedicara todo un año a viajar por Europa para recuperarse de la tragedia. Al regresar, se trasladó a Marylebone, donde pasaría el resto de su vida. No volvió a casarse, y ninguno de los hijos que le sobrevivieron quiso quedarse en Inglaterra.

Máquina diferencia

Gracias a sus contactos con la familia Bonaparte mantuvo frecuentes intercambios con científicos del continente. Se dió cuenta que los científicos británicos tenían un problema en las tablas astronómicas, ya que había errores por doquier. Por ejemplo, en la primera edición de las “Efemérides Náuticas para hallar latitudes y longitudes en el mar” tenía más de ¡mil errores! Estos eran debidos a errores de cálculo por dejadez o aburrimiento de las personas que los desarrollaban.

Babbage tenía un trabajo rutinario que consistía en revisar cálculos matemáticos (ecuaciones diferenciales). Varias veces lo escucharon lamentarse: “¡Dios quiera que estos cálculos fueran realizados por la fuerza del vapor!”. Años más tarde, Babbage, pudo comprobar que el gobierno británico había perdido entre dos y tres millones de libras esterlinas por errores en el cálculo de impuestos. En 1822 se propuso tabular polinomios usando un método numérico llamado el método de las diferencias. De 1823 a 1842, Babbage estuvo tratando de construir la máquina, echando mano no sólo de las 17 mil libras con las que el gobierno inglés había apoyado el proyecto, sino de seis mil libras más de su propia fortuna. El prototipo, terminado en 1832, era capaz de calcular números de seis dígitos, mientras que el modelo completo podría calcular números de hasta 30 dígitos.

La máquina diferencial consiste en un número de columnas, numeradas de 1 a N. Cada columna puede almacenar un número decimal. La única operación que la máquina puede hacer es sumar el valor de la columna n + 1 a la columna n para producir el nuevo valor de n. La columna N solo puede almacenar una constante, La columna 1 exhibe el valor del cálculo en la iteración actual. La máquina se programa al ajustar los valores iniciales de las columnas. La columna 1 se fija al valor del polinomio al comienzo del cómputo. La columna 2 se fija a un valor derivado de la primera y más alta derivadas del polinomio en el mismo valor de X. Cada una de las columnas entre 3 y N se fija a un valor derivado de (n= 1) y las derivadas más altos del polinomio. Los valores iniciales de las columnas pueden ser calculados de la siguiente manera: Primero calculando manualmente N valores consecutivos de la función, y por vuelta Atrás (backtracking), es decir, calculándolas diferencias requeridas. Debido a que la máquina diferencial no puede hacer multiplicaciones, no puede calcular el valor de un polinomio. Sin embargo, calculado el valor inicial, la máquina diferencial puede calcular cualquier número de valores próximos, usando el método conocido generalmente como el método de las diferencias finitas.

Dos cosas fueron mal en la construcción de la máquina. Una era que la fricción y engranajes internos disponibles no eran lo bastantes buenos para que los modelos fueran terminados, siendo también las vibraciones un problema constante y la otra era el perfeccionismo con el que Babbage quería construir la maquina lo que provocaba cambios el diseño de la máquina incesantemente.

En 1843, en Estocolmo, Pehr Georg Scheutz (1785-1873) y Eduard Scheutz (1821-1881) , basándose en los diseños de Babbage, construyeron un prototipo totalmente funcional de una máquina diferencial.  

Entre 1989 y 1991 el Museo de Ciencias de Londres, basándose en los planos de Babbage hizo una reconstrucción, después de corregir unos pequeños fallos la máquina funcionó perfectamente hasta el día de hoy. Mide 3,35 metros de largo, 2,13 metros de ancho y tiene 0,5 metros de profundidad. La parte de la máquina que realiza el cálculo pesa 2,6 toneladas y contiene 4000 piezas diferentes.

Máquina analítica

En 1833, pese a su fracaso con su máquina anterior, Babbage ideó un nuevo dispositivo, la máquina analítica, que le ocupó el resto de su vida y que, igualmente, nunca consiguió construir. La nueva máquina representaba un profundo avance conceptual sobre la antigua. Babbage se dió cuenta que, para ser verdaderamente útil, su máquina debía ser capaz de modificar su funcionamiento de forma que el operador pudiese utilizarla para elaborar la tabla que le hiciese falta. En otras palabras, la máquina debía ser “programable”. La máquina de diferencias estaba diseñada para ejecutar solamente el conjunto limitado de operaciones necesario para calcular polinomios sencillos, mientras que la máquina analítica estaba diseñada para realizar cualquier operación aritmética y enlazar tales operaciones entre sí para resolver, en principio, cualquier problema aritmético concebible.

La máquina analítica constaba de cuatro partes:

El mecanismo de entrada y salida: el diseño del mecanismo de entrada se basaba en el telar de Joseph Marie Jacquard, quien usaba tarjetas perforadas para determinar cómo debía realizarse una costura. Babbage adaptó esto para su máquina analítica, usando como entrada de la misma tres tipos de tarjetas perforadas (para operaciones aritméticas, para introducción de constantes numéricas y para operaciones de almacenamiento y recuperación de datos de la memoria). Se disponía de tres lectores diferentes para los tres tipos de tarjetas. La salida debía producirse por una impresora, un equipo de dibujo y una campana que indicaba que el artefacto había terminado su trabajo. La máquina debía también perforar tarjetas que podrían ser leídas posteriormente.

El «almacén», o memoria, en el que se colocarían los datos numéricos participantes en un cálculo. Consistía en columnas de ruedas, cada una con diez dígitos grabados. Babbage quería que el almacén albergase 1000 números de 50 dígitos cada uno.

El «molino»: la parte en la que se llevarían a cabo las operaciones aritméticas, mediante la rotación de engranajes y ruedas.

Dispositivo para transferir números entre el molino y el almacén (esencialmente una colección de engranajes y palancas).

La máquina analítica fue el primer computador de uso general. Un primer diseñó completamente funcional estuvo listo en 1835. Sin embargo, el gobierno británico, tras el fracaso en la construcción de la máquina diferencial, se negó a ofrecer de nuevo financiación a Charles Babbage para construir su máquina analítica.

Debía funcionar con un motor a vapor y hubiera tenido 30 metros de largo por 10 de ancho. Era capaz de realizar bucles (repetir una o varias instrucciones el número de veces deseado), y también era capaz de tomar decisiones dependiendo del resultado de un cálculo intermedio (ejecutar una sentencia SI…ENTONCES…).

Lady Ada Lovelace, matemática e hija de Lord Byron, se enteró de los esfuerzos de Babbage y se interesó en su máquina. Babbage quedó impresionado con su talento, tanto que aceptó que fuese su discípula y, más tarde, su colaboradora. Como parte de su trabajo con Babbage, Ada tuvo que traducir y analizar escritos de otros científicos. La primera publicación que Ada realizó fue una traducción de un artículo escrito en 1842 por el matemático italiano Luigi F. Menabrea (originalmente en francés) acerca de la máquina analítica de Babbage, al que Ada le agregó un análisis del funcionamiento de la misma mucho más extenso que el escrito inicial, así como detalles de un método de cálculo de los números de Bernoulli utilizando la máquina. Asimismo, Ada escribió varios programas para dicha máquina (entre ellos, trató de idear un sistema de apuestas de caballos para obtener financiación para la máquina), y es este nivel de comprensión de la máquina de Babbage lo que la hace ser considerada hoy en día la primera programadora de la historia. Su papel fue reconocido cuando el Departamento de defensa de EEUU le puso su nombre, ADA, a su lenguaje de programación.

En 1842, para obtener la financiación necesaria para realizar su proyecto, Babbage contactó con Sir Robert Peel. Peel lo rechazó, y ofreció a Babbage un título de caballero que Babbage no quiso aceptar. Sabiendo que ya no obtendría financiación pública para su nuevo proyecto, Babbage decía en 1851: “[…] los diseños de la máquina analítica fueron concebidos con mi dinero. Hice una serie de experimentos con el propósito de reducir el coste de su construcción para así poder financiarla completamente yo solo. Ahora me he resignado ya a abstenerme de construirla…”. Si se hubiera construido la máquina analítica, sus dimensiones habrían sido enormes. Babbage continuó trabajando en métodos más baratos y simples de producir las piezas para lograr un pequeño modelo de prueba que se encontraba bajo construcción en el momento de su muerte. La siguiente imagen muestra la parte de la máquina analítica que se construyó, correspondiente a una parte del molino con un mecanismo para imprimir resultados.

Tal como ocurrió con la máquina diferencial, Babbage nunca pudo ver construido su genial invento. Henry P. Babbage, hijo de Charles, construyó en 1910 una parte de la máquina analítica, que se puede visitar hoy en día en el Museo de Ciencias de Londres. Esta máquina carecía de entrada y no era programable, pero calculaba una lista con los múltiplos de PI, y aunque el resultado contenía algunos errores, demostraba de forma práctica que los diseños de Babbage eran correctos.

Otras aportaciones

La carrera de Babbage como inventor y como autor fue muy prolífica. Babbage propuso el sistema de franqueo postal que utilizamos hoy día: hasta entonces el coste de enviar una carta dependía de la distancia que tenía que viajar dicha carta, y Babbage advirtió que el coste del trabajo requerido para calcular el precio de cada carta superaba el coste del franqueo de ésta proponiendo un único coste para cada carta con independencia del sitio del país al que era enviada.

Otros de sus inventos más destacados son el dinamómetro, los atrapa-vacas motorizados, las luces ocultas de los faros, el oftalmoscopio heliográfico y el velocímetro. Además, calculó las primeras tablas de mortalidad confiables, utilizadas todavía por las compañías de seguros. Asimismo, se le considera uno de los pioneros de la investigación de operaciones. Publicó alrededor de 80 libros y artículos en áreas que van desde las matemáticas hasta la teología, astronomía y política (enunció el Principio de Babbage, en el que se afirman las ventajas de la división del trabajo, lo cual fue criticado por Karl Marx, alegando que esto provocaría segregación en el trabajo. 

En 1816 fue nombrado socio de la Royal Society de Londres. Contribuyó extensamente en diversas publicaciones científicas, y su papel fue fundamental en la fundación de la Astronomical Society en 1820 y de la Statistical Society en 1834. En 1824 Babbage recibió la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society “por su invención de una máquina para calcular tablas matemáticas y astronómicas”. Desde 1828 hasta 1839 Babbage ostentó la Cátedra Lucasiana de matemáticas en Cambridge, título que ostentó en 1669 Sir Isaac Newton.

Hay que destacar las aportaciones de Babbage en el ámbito de la criptografía: hacia el año 1854 descifró la llamada cifra Vigenère (cifrado de sustitución polialfabética), pero su descubrimiento no fue reconocido en absoluto, ya que nunca lo publicó. Es más, el descubrimiento no salió a la luz hasta el siglo xx, cuando algunos eruditos examinaron las extensas notas de Babbage, y el mérito de romper la famosa cifra Vigenère se lo llevó Friedrich Kasiski (oficial retirado del ejército prusiano), quien publicó en 1863 “La escritura secreta y el arte del desciframiento”. Así pues, la técnica de descifrado del código Vigenère fue conocida como “método Kasiski”, y la contribución de Babbage ha sido ignorada en gran medida. La pregunta que cabe hacerse es por qué Babbage no publicó su descubrimiento, pues en la época era de gran importancia. Hay una teoría que sugiere que el descubrimiento de Babbage, que sucedió poco después del estallido de la guerra de Crimea, proporcionó a los británicos una clara ventaja sobre los rusos en esta guerra. Es posible que la Inteligencia británica exigiera que Babbage mantuviese secreto su trabajo, proporcionándoles de esta forma una ventaja de nueve años sobre el resto del mundo.

Charles Babbage murió el 18 de octubre de 1871. Se le considera como una de las primeras personas en concebir la idea de lo que hoy llamaríamos una computadora, por lo que se le considera como “El Padre de la Computación”. En el Museo de Ciencias de Londres se exhiben partes de sus mecanismos inconclusos, así como el hemisferio derecho de su cerebro, mientras que el hemisferio izquierdo se encuentra en el Hunterian Museum, un museo de anatomía y cirugía en el Royal College of Surgeons de Londres. Otros datos curiosos que muestran la relevancia de este personaje en la historia son que en la luna, hay un cráter que lleva su nombre, y que su imagen fue plasmada en 1991 en un sello de 22 peniques perteneciente a una edición especial que conmemoraba el aniversario de la Royal Society.